Das Signalkonditionierungsmodul der Universal-Testmaschine ist ein Messsystem Die zentrale Rolle des "Signalvorbearbeitungszentrums" besteht darin, das schwache, geräuschte elektrische Rohsignal des Sensorausgangs als stabiles, präzises Standardsignal zu verarbeiten, das den Anforderungen an die Datenerfassung entspricht, um die Grundlage für die anschließende Modulumwandlung (A / D-Konvertierung) und Datenverarbeitung zu legen. Seine Funktionen sind um die vier Kernziele "Signalverstärkung, Lärmunterdrückung, Fehlerkompensation und Signalanpassung" ausgelegt, die folgende spezifische Funktionsanalyse (in Kombination mit praktischen Szenarien und technischen Details):

1. Kernfunktionen1: Schwache Signalverstärkung (die grundlegendste Kernfunktion)

Funktionsprinzip:

Das Ausgangssignal von Kernsensoren wie Kraftsensoren und Dehnungsmessgeräten ist ein schwaches analoges Signal (in der Regel μV-Klassen, wie z. B. 1000N-Lasten für 100μV-Signale), während A/D-Wandler eine sehr geringe Genauigkeit der Erkennung schwacher Signale haben, was zu Störungen führt, die zu Datenverzerrungen führen. Das Signalkonditionierungsmodul verstärkt ein schwaches Signal über einen programmierbaren Verstärker (PGA) auf eine mV-Ebene (in der Regel 1.000 bis 10.000 Mal verstärkt), um das Signal-Rausch-Verhältnis und die Erkennbarkeit des Signals zu verbessern.

Wichtige technische Details:

Verstellbare Vergrößerung: Unterstützung je nach Sensortyp (z. B. Kraftsensor, Dehnungsmesser) und Testszenario (geringe Last)Manuelle oder automatische Verstärkung (z. B. 1000-, 5000- oder 10000-fach), um sicherzustellen, dass Signale mit unterschiedlichen Amplitudenwerten genau verstärkt werden können.

Hohe Gewinngenauigkeit: Vergrößerung des Multiplizierungsfehlerskleiner als gleich±0,1%, um Messfehler aufgrund der Vergrößerungsverweichung zu vermeiden (z. B. ein 1000-facher Vergrößerungsfehler von ±0,5% führt direkt zu Messfehlern im Kraftwert)bis ±0.5%）；

Niedriger Eingangsstrom:≤1nA， Reduzieren Sie die Belastungswirkung auf das Ausgangssignal des Sensors (vermeiden Sie, dass das Sensorsignal „niedergezogen“ oder verzerrt wird).

Anwendungsszenarien:

Kleinlastprüfungen (z.B.Mikro-Feder-Zugprüfung unter 10N): Das Ausgangssignal des Sensors ist nur ein paar μV und muss 10.000-mal bis Dutzende mV verstärkt werden, um von A/D-Wandlern genau erkannt zu werden;

Beanspruchungsmessung (z.B. Metallabdeckungs-Beanspruchungsprüfung): Ausgangssignal des Streckmessers wird in der Regel≤10μV， Eine hohe Vielfachvergrößerung ist erforderlich, um mikroskopische Veränderungen zu erfassen.

II. Kernfunktionen2: Geräuschdämpfung und Filterung (Verbesserung der Signalreinigkeit)

Funktionsprinzip:

In der Prüfumgebung sind erhebliche elektromagnetische Störungen vorhanden (z. B. hochfrequentes Geräusch durch Servomotoren, Stromversorgung, Frequenzumrichter), mechanisches Vibrationsgeräusch, das sich auf das Originalsignal des Sensors überlagert, was zu einem Signal führt "Verzerrung" (z.B. zerrissene Schwankungen der Kraftwertkurve). Das Signalkonditionierungsmodul ist durch einen Filterkreis und eine elektromagnetische Abschirmung entwickelt, um nutzlose Geräusche zu filtern und das effektive Signal zu erhalten.

Wichtige technische Details:

Mehrere Filtermodelle:

Low-Pass-Filter (Mainstream): Filtert hochfrequente Geräusche über der eingestellten Frequenz (z. B. Abschnittsfrequenz)1kHz、5kHz）， Anpassung an verschiedene Prüfgeschwindigkeiten (niedrige Geschwindigkeitsprüfung mit niedriger Abschnittsfrequenz, hohe Geschwindigkeitsprüfung mit hoher Abschnittsfrequenz);

Frequenzfilter (50Hz/60Hz): Arbeitsfrequenzstörungen, die durch spezielle Filternetzspannungen erzeugt werden (z. B. 50Hz-Rauschen im Labornetz von 220V), sind die gängigen Störungsquellfilterungsmethoden;

Notch-Filter: Präzise Filterung von Störungen mit bestimmten Frequenzen (z. B. 100 Hz-Geräusche durch Motorbetrieb), um Signale zu vermeiden;

Hohes Unterdrückungsverhältnis (CMRR）：≥ 120dB@50Hz Unterdrückung von Common-Mode-Störungen (wie Erdstörungen an beiden Enden des Sensorkabels), um die Genauigkeit der Differenzverstärkung des Signals zu gewährleisten;

Schirmdesign: Modulgehäuse mit Metallschirmmantel, Kabelauswahl mit doppeltem Schirmdraht, Erdungswiderstand≤4Ω, um elektromagnetische Störungen weiter zu reduzieren.

Anwendungsszenarien:

Hochlastmaschinenprüfung: Hochfrequenzrauschen durch den Betrieb der Hydraulikpumpe (≥1kHz）， Durch einen Low-Pass-Filter (Abschnittsfrequenz 1kHz) gefiltert werden muss, um Kraftwertdatenschwankungen zu vermeiden;

Präzisionsspannungsprüfung: Elektromagnetisches Geräusch in der Umgebung (z. B. Computer, Frequenzumrichter) verursacht eine Strahlungsabweichung, die durch den Arbeitsfrequenzfilter durchgeführt werden muss+ Schirmdesign, um die Spannungsmessfehler innerhalb von ±1 μm/m zu kontrollieren.

3. Kernfunktionen3: Signalfehlerkompensation (Korrektur von Systemabweichungen)

Funktionsprinzip:

Der Sensor selbst enthält inhärente Fehler wie Temperaturverschiebung, Nullpunkt-Verschiebung und andere. Das Signalkonditionierungsmodul korrigiert diese Systemfehler durch Hardware-Kompensationsschaltungen und Software-Kalibrierungsalgorithmen, um die Genauigkeit des Signals zu gewährleisten.

Wichtige technische Details:

Temperaturkompensation:

Hardware-Kompensation: Integrierter Temperatursensor und Kompensationswiderstand, wenn sich die Umgebungstemperatur ändert (z.B.23 ℃ ± 5 ℃), automatisch anpassen der Verstärkung Schaltkreis Gewinn oder Verfassung Spannung, um die Temperatur Drift des Sensors auszugleichen (z. B. Kraftsensor Temperatur 10 ℃, Drift ≤ 0,005% FS pro Änderung);

Software-Kompensation: Die Korrespondenz zwischen Temperatur und Fehler wird durch die Speicherung von Kalibrierungskoeffizienten in das Programm geschrieben und die Messwerte in Echtzeit korrigiert;

Nullpunktkompensation und Kalibrierung:

Unterstützung für manuelle oder automatische Nullpunktkalibrierung (z. B. Nullfreilastung vor dem Test) und Korrektur der Nullpunktverschiebung des Sensors (z. B. Ausgabe, wenn der Sensor nach langem Gebrauch unbelastet ist)0,1 μV Signal, Null durch Nullpunktkompensation);

Unterstützung der externen Standardsignalkalibrierung (z. B. Eingabe bekannter Standardspannungssignale, Kalibrierung der Verstärkungsgenauigkeit der Schaltung);

Linearitätskompensation: Korrektur von nichtlinearen Fehlern des Sensors und der Verstärkungsschaltung (z. B. der nichtlineare Beziehung zwischen der Sensorausgabe und der tatsächlichen physikalischen Größe), Regelung von Linearitätsfehlern bei Innerhalb von ± 0,02% FS.

Anwendungsszenarien:

Hochtemperatur-Umgebungsprüfung (z.B. in Kombination mit Hoch- und Tieftemperatur-Umgebungsprüfung): Temperaturbereich- 70 ° C ~ 300 ° C, muss durch Temperaturkompensation sichergestellt werden, dass der Kraftwert / das Verschiebssignal nicht von der Temperatur beeinflusst wird;

Langfristige kontinuierliche Tests (z.B. Produktionslinien)24 Stunden Qualitätsprüfung): Der Nullpunkt des Sensors bewegt sich langsam im Laufe der Zeit und muss durch eine automatische Nullpunktkalibrierung (Null alle 100 Tests) korrigiert werden.

4. Kernfunktionen4: Anpassung und Konvertierung des Signals (entsprechend der nachfolgenden Erfassungsverbindung)

Funktionsprinzip:

Der Signaltyp und die Amplitude des Sensorausgangs (z. B. Differenzsignale, Single-End-Signale) können mitDie Eingangsanforderungen des A/D-Wandlers stimmen nicht überein, und das Signalkonditionierungsmodul passt das Signal über eine Signalwandlungsschaltung als Standardsignal an, das der A/D-Wandler empfangen kann.

Wichtige technische Details:

Signaltypumwandlung:

Konvertiert das Differenzsignal des Sensors (z. B. den Differenzausgang einer Spannungsveränderungsbrücke) in ein Einendesignal (z. B. ein Erdreferenzsignal), um die meistenEingabeanforderungen für A/D-Konverter;

Unterstützung des Stromsignals (4 ~ 20mA) und die Umwandlung von Spannungssignalen (0 ~ 10V) (einige externe Sensoren sind Stromausgang);

Signalblendklemme: Begrenzt den verstärkten Signalblend aufEingangsbereich des A/D-Wandlers (z. B. ±10V), um Signalübertragungen zu vermeiden, die zu Beschädigungen des A/D-Wandlers oder Datenüberlaufen führen;

Stimulationsleistungsversorgung: Stabile Brückenleistungsversorgung für Spannungssensoren (Kraftsensor, Dehnungsmesser) (in der Regel)5V oder 10V), Stimulationsspannungsstabilität ≤ ± 0,01% / h, Ripple ≤ 1mV, um sicherzustellen, dass der Sensor stabil arbeitet.

Anwendungsszenarien:

Externe hochpräzise Dehnungsmessgeräte (Stromausgang)4 ~ 20mA): Stromsignal in 0 ~ 10V-Spannungssignal durch das Signalkonditionierungsmodul umwandeln und dann den A / D-Wandler eingeben;

Signale mit hoher Verstärkung (z.B.20V): durch die Amplitude-Klemmenfunktion auf ±10V begrenzt, um den Eingangsbereich des A/D-Wandlers zu vermeiden (normalerweise ±10V).

V. Kernfunktionen5: Mehrkanal-synchrone Erfassungssteuerung (für mehrparametrische Messungen geeignet)

Funktionsprinzip:

Die Universal-Testmaschine muss die Signale mehrerer Kanäle (z. B. Kraftwertkanal, Verschiebungskanal, Spannungskanal) synchronisieren, und das Signalkonditionierungsmodul gewährleistet durch die synchrone Steuerschaltung die konsistente Signalaufnahme aller Kanäle und die Ausrichtung der Daten mit dem Zeitstempel.

Wichtige technische Details:

Multikanal-Parallelverarbeitung: Unterstützt≥3 Kanäle (Kraft, Verschiebung, Spannung) synchrone Erfassung, Kanäle Isolation ≥100dB, um Signalstörungen zwischen den Kanälen zu vermeiden;

Synchronisierter Trigger: Über Hardware-Trigger (z. B. Teststartsignale) oder Software-Trigger, um sicherzustellen, dass alle Kanäle gleichzeitig die Erfassung starten und die Probenaufnahme konsistent ist≤±1% (z.B. bei 1000 Hz Abtastung, Abweichung der Abtastrate pro Kanal ≤10 Hz);

Datencaching und -übertragung: Integriertes Cache-Modul (Kapazität)≥1MB）， Speichern Sie synchron erfasste Daten über mehrere Kanäle vorübergehend, um Datenverluste durch unzureichende Übertragungsgeschwindigkeit zu vermeiden und unterstützen Sie die hohe Geschwindigkeit der Übertragung an den Controller über USB- und Ethernet-Schnittstellen.

Anwendungsszenarien:

Stress- Spannungskurvenzeichnung: Die Erfassungskraft (Berechnung der Spannung) und die Spannungsdaten müssen synchronisiert werden, wenn der Kanal nicht synchronisiert ist, führt dies zu einer Verschiebung des Kurvenwinkelpunkts (z. B. Fehlerurteilung des Metallbeugungspunkts);

Dynamischer Ermüdungstest: Synchronisierte Erfassung von Kraftwerten und Verschiebungssignalen während der Zyklusladung, um sicherzustellen, dass die Datenanalyse für jeden Zyklus genau ist.

6. Leistungsindikatoren und Auswahlreferenzen für Signalkonditionierungsmodule

Zusammenfassung

Das Signalkonditionierungsmodul der Universal-Testmaschine verbindet Sensoren mit Datenerfassungssystemen Die „Brücke“, deren Kernwert darin besteht, das Signal zu reinigen, Fehler zu korrigieren und die Erfassung anzupassen, bestimmt direkt die Genauigkeit und Stabilität des Messsystems. Schlüsselfunktionen können zusammengefasst werden:

Verstärkung schwacher Signale und Verbesserung der Erkennbarkeit;

Geräuschstörungen filtern, um sicherzustellen, dass das Signal rein ist;

Kompensation von Systemfehlern wie Temperatur und Nullpunkt;

Signaltyp konvertieren/ Amplitude, die dem A/D-Konverter entspricht;

Synchronisieren Sie die Mehrkanalerfassung, um eine genaue Datenverbindung zu gewährleisten.

Die Auswahl erfolgt entsprechend der Genauigkeitsgrade des Geräts (z.B.Ausrüstung der Klasse 0.1 muss ein hohes CMRR, ein niedriges Drift-Konditionierungsmodul auswählen), die Prüfparameter (wie ein hohes Vergrößerungsvermöglichungsfach und geringes Rauschen) und die Umgebungsbedingungen (wie eine hohe Temperaturszenarie, die eine starke Temperaturkompensation erfordert) umfassend beurteilen, während der Hersteller einen Kalibrierungsbericht über das Modul liefert, um sicherzustellen, dass die Leistungsindikatoren die Normen erreichen. Bei der Verwendung müssen Sie regelmäßig die Einstellungen der abgeschirmten Erdung und der Filterparameter des Moduls überprüfen, um Verzerrungen der Testdaten aufgrund eines Modulfehlers zu vermeiden.